Устройство для аттестации линейности дифракционной решетки

 

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано для аттестации штриховых мер линейных и радиальных дифракционных решеток . Световой пучок от источника 1, сформированньА коллиматором 2, )агирует на решетках 3 и 11, образуя волны, идущие в разных порядках дифракции . Пьезоэлемент 4 задает периодические колебания решетки 3 для осуществления фазовой модуляции светового щгчка по периодическому

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Р.SUÄÄ 1205103 (S1) 5 С 02 В 27/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((46) 07.10.90. Бюл. Ы 37 (21) 3814702/24-10 . (22). 21.11.84 (71) Ленинградский институт ядерной физики им. В.П. Константинова (72) В.Г. Турухано, В.П. Горелик, Н. Турухано и С.Н. Коваленко (53) 535.853.31(088.8) (56) Материалы Всесоюзного научнотехнического совещания-семинара

"Внедрение прогрессивных средств и методов размерного контроля, точных измерений длин и углов", 1984, с.70.

Оптика и спектроскопия, 1967, т. 22, 9 4 с. 614. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АТТЕСТАЦИИ ЛИНЕЙНОСТИ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к области метрологии и монет быть использовано для аттестации втриховых мер линей« ных и радиальных дифракционных реаеток. Световой пучок от источника 1, сформированный коллиматором 2, дифрагнрует на реиетках 3 í 11, образуя волны, идущие в разных порядках днфракции. Пьезоэлемент 4 задает периодические колебания реветки 3 для осуществления фазовой модуляции светового пучка по периодическому

1205103 закону. Фотоприемники 6 и 7 расположены на линйи пересечения биссекторной плоскости угла между указанным направлением и направлением, перпендикулярным штрихам дифракционной решетки 11, и плоскости, перпендикулярной указанной биссекторной плоскости. Благодаря такому расположению они будут чувствительны только к фаэовым изменениям обтюрационных полос, возникших в результате нелинейности, аттестуемой решетки 11. Электрические сигналы, усиленные селективными усилителями 8 и 9, поступают на фазо" метрическое устройство 10. Иэмевенйя

: проводятся ступенчато, проходя всю длину . аттестуемой решетки. 2 ил.

Изобретение относится к метроло- m+1,2... — порядок диффракции .выше гии и может быть использовано для нулевого; аттестации штриховых мер линейных - длина волны излучения источ" и радиальных дифракционных решеток. ника 1.

На фиг, 1 представлена нринципи- 5 Пьезоэлемент 4 подключен к генераальная схема устройства; на фиг.2 — тору 5 периодических импульсов и жестсхема, поясняющая принцип его работы. ко связан с вспомогательной решеткой

Устройство состоит из источника 1 . 3 и фотоприемниками 6 и 7. Входы света, коллиматора 2, вспомогатель- селективных усилителей 8 и 9 соединеной дифракцнонной решетки 3, пьеэо" ® ны соответственно с фотоприемниками элемента 4, генератора 5 периодичес- 6 и 7, а выходы — с входом фазометра ких импульсов, фотоприемников 6 и 7, 10.Элементы 8 — 10 образуют электронселективных усилителей 8 и 9, фазо" ный блок для регистрации электричесметра. 1О и узла крепления аттестуе- ких сигналов. мой решетки 11. Работа устройства основана на том, Рабочие плоскости аттестуемой и что система иэ вспомогательной решетвспомогательной дифрационных реше- ки 3 и пары фотодетекторов 6 и 7, ток параллельны, при этом решетки . установленных вдоль длины аттестуе-. установлены с возможностью взаимного . мой дифракционной решетки 11 (паралразворота. Узел крепления аттестуе- 2|1 лельно муаровым полосам), при перемой решетки 11 установлен с возмож- : мещении вдоль i этой длины регистностью перемещения вдоль направления, рирует изменение разности фаз, пряыо перпендикулярного ее штрихам - Фото-,зависящее от изменения числа штриприемники 6 и 7 расположены на линии :хов решетки на перемещаемую длину, пересечения биссекторной плоскости 2 т.е. от нелинейности аттестуемой угла между указанным направлением и, решетки, направлением, перпендикулярным штрихам . Устройство работает следущцим вспомогательной диффракционной решет- образом. ки 3, и плоскости, которая пер енди ", Световой пучок от источника 1, кулярна указанной биссекторной плос-,.36 формируемый коллиматором 2, дифракости н составляет с плоскостью вспо", гирует на решетках 3 и ff, образуя могательной решетки угол Р,„> дпРеде- волны, идущие в разных порядках ляемый иэ соотношения дифракции. Волны, идущие в одном направлении, интерферируют между

d(sin 9 - sinÌ ) m g,; (1) gg».собой, создавая -интерференционные, полосы (обтюрационные и муаровые) где d — период вспомогательной 3 и бесконечной ширины, если решетки аттестуемой 11 решеток1 согласованы по частоте штрихов

9 - угол между оптической осью (т.е. имеют одинаковую частоту) н коллиматора 2 и нормалью к по- д по углу между штрихами (т.е. составверхности вспомогательной,лйют нулевой угол между ниии). Пьерешеткн 3; зоэлемент 4 задает периодические

1205103 колебания решетки 3 для осуществления фазовой модуляции светового пучка по периодическому закону, Фотоприемники 6 и 7 расположены в плоскости, перпендикулярной направлению одного из порядков дифракции выше нулевого (см. выражение 1), причем они установлены на прямой, перпендикулярной биссектрисе угла между штрихами решеток, т.е. параллельно 10 муаровым полюсам. Это позволяет осуществить измерения разности фаз независимо от изменения их периода.

Таким образом, неточности изготов ления направляющих (до 100 мкм/м), 15 в которых перемещается аттестуемая решетка 11, приводящие к изменению угла между решетками при их взаимном перемещении, а следовательно, к изменению периода муаровых полос, 20 не оказывают -влияния на результат измерений. Вследствие такой установки фотоприемники чувствительны только к фазовым изменениям обтюрационных полос, возникающих в результате 25 нелинейности аттестуемой решетки, Электрические сигналы, усиленные селективными усилителями 8 и 9, настроенными на частоту генератора

5, поступают на фазометрическое уст- З0 ройство 10 измеряющее разность фаз между фотоприемниками 6 и 7. Измерения проводятся ступенчато по всей длине аттестуемой решетки 1 1. Ошибка, вносимая вспомогательной решеткой

3, постоянна и входит аддитивно на каждой ступени измерения .и поэтому не влияет на их результат. (Движение решетки может происходить и непрерывно) . .40

Таким образом, измерения линейности аттестуемой решетки не зависят от качества используемой вспомогательной решетки, в промежутках между фотоприемниками она может быть неэа- 45 полненной. Тем не менее целесообразно использовать непрерывную решетку для удобства при первоначальной настройке фотодетекторов параллельно муаровым полосам и для получения. 50 обтюрационной и муаровой полос, максимальной ширины в начале работы устройства, так как максимальная полоса является наиболее чувствительной. 55

Пример. Реализуют макет устройства для аттестации линейности голографической дифракционной решетки. На этом макете производят,аттестацию голографической дифракционной решетки длиной 700 ми и частотой 1000 лин/мм. В качестве источника излучения используют ЛГИ-38, а фтоприемниками служат два фотодиода ФД-27 К.

В устройстве осуществляют фазовую модуляцию светового потока путем колебаний пьезоэлемента, на который подается пилообразное пере менное напряжение частотой 35 Гц.

Фазометрическая система позволяет измерить разность фаз с точностью

211/360 . В качестве вспомогательнойрешетки используют голографическую решетку той же частоты, что и аттестуемая, размером 20 мм. Расстояние между фотодиодами 10 мм.

Максимальная средняя квадратическая ошибка при определении линейности голографической дифракционной решетки длиной 700 мм составляет

0,017 мкм.

В результате измерений с укаэанной ошибкой линейность решетки не более 0,5 мкм на всю длину.

Формула изобретения

Устройство для аттестации линейности диффракционной решетки, содержащее источник излучения, коллиматор, вспомогательную дифракционную решетку, узел крепления аттестуемой решетки, плоскость которого параллельна плоскости вспомогательной решетки, фотоприемник и связанный с ним электронный блок для регистрации электрических сигналов, причем вспомогательная решетка и узел крепления аттестуемой решетки установлены с возможностью взаимного разворота, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и обеспечения возможности аттестации решетки с длиной, превышающей длину вспомогательной решетки, в него введены второй фотоприемник и пьезоэлемент, связанный с генератором периодических импульсов, а электронный блок для регистрации электрических сигналов выполнен в виде двух селективных усилителей, входы которых соединены с соответствующим фотоприемником, а выходы — с входом фаэометра, причем узел крепления аттестуемой решетки установлен с возмож-. ностью перемещения вдоль направления, 5 1205103 4 перпендикулярного ее штрнхам,фотопри- где d - период вспомогательной и емники расположены на линии пересече- аттестуемой решеток; ния биссекторной плоскости угла.меж-- — угол между оптической осью ду указанным направлением и направ- каллиматора и нормалью к

> пением,-перпендикулярным штрихам поверхности вспомогательной

Вспомогательной дифракционной решетки > решетки: и плоскости, которая перпендикулярна m +1,2..." порядок диффракции выше укаэанной Ьиссекторной плоскости и нулевого1 составляет с плоскостьш вспомогатель- щ Л вЂ” длина волны излучения ной решетки угол 1, определяемый источника, из,соотношения а вСпомогательная решетка аестко свя1зана с пьезозлементом и фотоприемнивпЮ - вЫ1 ) =щр,, Составитель В. Кравченко

Техред М.Надь Корректор И. Эрдейи

Редактор А. Огар

Заказ 4358 Тираж 4á1 / Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, В-ÇS, Раушская иаб., д. 4/3

Филиал ППП "Патент", t. Узлород, ул. Проектная, 4